泡沫填料旋转填充床微观混合性能研究

摘要

反应器微观混合性能对化学反应，尤其是一些快速复杂反应有直接影响，如影响反应的选择性和转化率等，进而影响产品的质量。因此，关于反应器微观混合性能的研究非常重要。 旋转填充床可以极大地强化混合和传递过程，已经在化工、环保、纳米材料制备等领域得到广泛应用。作为旋转填充床的核心部件，转子内的填料对混合过程有重要影响。本论文针对不同规格泡沫陶瓷和泡沫镍填料，采用碘酸盐-碘化物平行竞争反应体系，研究了泡沫填料旋转填充床微观混合性能，并探讨了填料表面微结构及疏水性等特性对微观混合性能的影响规律。在实验研究的基础上，采用团聚模型，计算了不同填料旋转填充床微观混合特征时间。研究结果表明: (1)泡沫陶瓷填料旋转填充床的微观混合性能随转速和溶液流量增加、体积流量比及氢离子浓度减小而提高。其微观混合效果相比于不锈钢丝网填料明显增强，孔径较小的泡沫陶瓷填料微观混合性能更优。经化学腐蚀法在泡沫陶瓷填料表面形成的微结构(孔径＜500 nm)可明显增强微观混合性能。 (2)在旋转填充床转速较小的情况下，表面处理前后的泡沫陶瓷填料均能够维持较好的微观混合性能。 (3)随转速改变，与不锈钢丝网填料相比，孔径较大(5 ppi)的泡沫镍填料旋转填充床微观混合性能变化趋势相同，但总体略优于普通不锈钢丝网填料。孔径较小(50 ppi)的泡沫镍填料旋转填充床的微观混合效果有明显提高，而且在低转速情况下，仍能保持较强的微观混合效果。 (4)表面疏水处理后的泡沫镍填料的接触角增加了30°，其微观混合效果有明显增强。进料流量对于微观混合效果的影响变弱，且离集指数与转速以及主体溶液体积流量基本成线性规律。 (5)泡沫填料旋转填充床微观混合特征时间小于不锈钢丝网旋转填充床的微观混合特征时间。经表面处理后的泡沫填料旋转填充床微观混合特征时间进一步减小。其中，经表面疏水处理后的50 ppi的泡沫镍填料旋转填充床的微观混合特征时间最小，为3.28～4.63 ms。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 文献综述

1．1 前言

1．2 微观混合

1．2．1 微观混合简介及研究意义

1．2．2 微观混合模型

1．2．3 微观混合研究体系

1．3 超重力技术

1．3．1 超重力技术简介

1．3．2 超重力技术工业应用现状

1．3．3 旋转填充床微观混合研究概况

1．4 泡沫填料及其应用研究现状

1．5 研究意义与主要研究内容

第二章 泡沫陶瓷填料旋转填充床微观混合性能研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验体系及分析仪器

2．2．2 实验装置及参数

2．2．3 实验方法及流程

2．3 泡沫陶瓷填料旋转填充床微观混合性能

2．3．1 泡沫陶瓷填料及规格

2．3．2 泡沫陶瓷填料与不锈钢丝网填料旋转填充床微观混合性能对比

2．3．3 物料体积流量及H+浓度对微观混合性能的影响

2．3．4 物料体积流量比对微观混合性能的影响

2．4 泡沫陶瓷填料表面微结构对微观混合性能的影响

2．4．1 泡沫陶瓷填料表面微结构构筑及表征

2．4．2 微观混合性能对比

2．4．3 物料体积流量及H+浓度对微观混合性能的影响

2．4．4 物料体积流量比对微观混合性能的影响

2．5 本章小结

第三章 泡沫镍填料旋转填充床微观混合性能研究

3．1 引言

3．2 泡沫镍填料旋转填充床微观混合性能研究

3．2．1 泡沫镍填料规格

3．2．2 泡沫镍填料与不锈钢丝网填料旋转填充床微观混合性能对比

3．2．3 物料体积流量及H+浓度对微观混合性能的影响

3．2．4 物料体积流量比对微观混合性能的影响

3．3 疏水性泡沫镍填料旋转填充床微观混合性能研究

3．3．1 泡沫镍填料表面疏水处理方法及表征

3．3．2 疏水性泡沫镍填料对微观混合性能的影响

3．3．3 物料体积流量及H+浓度对微观混合性能的影响

3．3．4 物料体积流量比对微观混合性能的影响

3．4 本章小结

第四章 微观混合特征时间的确定

4．1 引言

4．2 团聚模型原理

4．3 微观混合特征时间模拟计算结果与讨论

4．3．1 泡沫陶瓷填料与不锈钢丝网填料旋转填充床微观混合特征时间的对比

4．3．2 表面处理前后泡沫陶瓷填料微观混合特征时间的对比

4．3．3 泡沫镍填料与不锈钢丝网填料旋转填充床微观混合特征时间的对比

4．3．4 表面疏水处理前后泡沫镍填料微观混合特征时间的对比

4．4 本章小结

第五章 结论与建议

5．1 结论

5．2 建议

参考文献

致谢

研究成果及发表学术论文

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